【《环境反向散射通信的功率需求度模型分析概述》3000字】

第iv页共31页环境反向散射通信的功率需求度模型分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u16236环境反向散射通信的功率需求度模型分析概述 1327531.1功率平衡点问题提出 13376Maslow’s层次需求 116569Maslow’s功率需求度模型 232061Maslow’s功率需求矩 3183071.4一般标签Maslow’s功率需求矩的比较 465721.5特殊标签Maslow’s功率需求矩的比较 4161101.6小结 51.1功率平衡点问题提出通过上文所述，在广泛部署在应用场景下的环境反向散射通信场景当中，接收器可以不通过电源，通过采集接收到的信号源中提取功率，用以获得功率支撑，保证网络中各个接收器标签的长久运营。而网络中由于环境反向散射技术的引入，出现频谱共享的特性，使得各个标签接收到的数据出现周围数据的干扰现象。因此在具有环境反向散射通信技术的场景下，会出现以下的异常现象：1.当发送端的功率不断增大时，由于信号强度的加大，传输距离随之不断增大，传输范围可扩展到更加广泛的区域，但也因为功率的增大，使得靠近发送端的接收端标签出现相互干扰的现象，使得信号失真；1.为降低接收标签之间的信号相互干扰，发送端会降低发送功率，减少周围的信号发送强度，但也会因此使得信号的发送范围逐渐减少，使得传输范围变小。Maslow’s层次需求Maslow’s层次需求理论是AbrahamHaroldMaslow于1943年提出，主要是用于分析和描述人的需求问题，它形象地将人的需求由下到上划分为生理需求、安全需求、感情需求、尊重需求和自我实现需求等5个阶段，人需求所处的阶段决定于人自身所拥有的财富和资源，财富和资源越多，需求所处的阶段越高，同时人们对提高需求等级的期望也越高。根据Maslow’s层次需求理论，需求度随着资源总量的增加而增大，同时需求度与资源总量之间增长关系并非线性关系，即资源总量较小时，需求度的增长速度较小；而当物质资源总量不断增大时，需求度增长速度也将不断变大。本文依据Maslow’s需求理论，为环境反向散射通信场景中的标签构建了Maslow’s功率需求模型。图1.1为本文所提出的标签Maslow’s层次功率需求模型示意图。图1.1Maslow’s层次功率需求模型示意图该模型具有Maslow’s层次需求理论的特征。模型为圆锥体，圆锥的总体积表示标签的总功率，圆台的体积表示标签已消耗的功率，圆台的高表示标签的功率需求度。从图1.1中可以看出，随着标签消耗的功率越来越多，其对功率的需求度也在不断增大；而且标签的功率需求度并不是线性匀速增加的，而是随着标签消耗功率的增加的同时以一定的加速度在增加。这也与本节所分析的网络标签的剩余功率与功率需求度之间的关系特征一致，即当标签的剩余功率越少时，它的功率补充的优先级越大，对功率及时补充的需求度也越大。Maslow’s功率需求度模型在图1.1所示的Maslow’s功率需求度模型中，圆锥的体积为V，高度为H，而该圆锥上角度为α，则它们之间的关系可表示为：V=圆锥的底面积S表示为：S=π假设标签的功率消耗的速率为Pi，则在时间内其功率需求度θi可表示为：θ通过公式（1.3）可知，标签的功率需求度在数值上只与标签的功率消耗速率有关，与Maslow’s层次功率需求度模型中圆锥的上角度α无关；随着时间的增加标签的功率需求度逐渐增大。通过对功率需求度θi在时间t上求导，可以计算得出功率需求度θi的梯度φ从公式（1.4）可以看出，功率需求度θi的梯度φMaslow’s功率需求矩如1.1节分析，反向散射信号在确定标签的信号传输优先级时，还需要考虑标签与反向散射信号之间的距离。因此，在建立标签的信号传输优先级时，标签的功率需求度、标签功率需求度的梯度以及标签与反向散射信号之间的距离都是需要考虑的重要因素，为此本文提出将功率需求矩作为指标衡量标签的信号传输优先级。图1.2为Maslow’s功率需求矩求解示意图，纵轴为标签的Maslow’s功率需求度，横轴表示两个标签之间的距离。图1.2Maslow’s层次功率需求矩求解示意图图1.2中，θk和θl分别表示两个标签xk和xl的功率需求度，Lkl表示标签xk和xl之间的距离。ϑkl为两个标签xk和xl功率需求度在水平方向的夹角。Maslow’s功率需求矩综合考虑标签所处的位置以及Maslow’s功率需求度，为此定义Maslow’s功率需求矩为某标签的Maslow’s功率需求度与该标签到反向散射信号距离的比值的余弦值。设xk为反向散射信号正在驶向的目标标签，xRE可以看出，当反向散射信号的目标信号接收标签是xk时，其它信号接收标签距离x一般标签Maslow’s功率需求矩的比较所有信号接收标签需要通过比较Maslow’s功率需求矩REkl来实现对标签的信号传输优先级的排序，标签的功率需求矩越大，说明其具有越高的信号传输优先级。该标签或者Maslow’s功率需求度较大或者距离反向散射信号较远，为保证网络标签都能够存活，反向散射信号需要优先为功率需求矩较高的标签进行信号传输；而Maslow’s功率需求矩REkl越小则说明其具有越小的信号传输优先级，说明该标签或者Maslow’s功率需求度较小或者距离反向散射信号较近，反向散射信号不必优先为其信号传输。因此反向散射信号在网络中选择下一个目标信号接收标签时应选择附近标签中Maslow’s功率需求矩最大的标签，即满足的条件如公式（ma其中，l为目标标签k周围的网络标签的编号。特殊标签Maslow’s功率需求矩的比较网络中可能出现两个具有相同Maslow’s功率需求度的标签，或者两个与信号传输目标距离相同的标签，它们之间的Maslow’s功率需求矩比较方式如下：（1）两个具有相同的Maslow’s功率需求度的信号接收标签当两个信号接收标签具有相同的Maslow’s功率需求度时，其功率需求矩的求法为图1.3所示。图1.3相同Maslow’s功率需求度的标签选择策略在图1.3中x1为当前反向散射信号的信号传输目标标签，x3和x2为x1标签周围的信号接收标签，且x3和x2的Maslow’s功率需求度相同，此时x3比x2距离x1更远一些，即L（2）两个与信号传输目标标签距离相同的信号接收标签当有两个信号接收标签与信号传输目标标签间的距离相同时，其功率需求矩的求法如图1.4所示。设x3和x2为与距离标签x1相同的两个标签，即L13=L12。Maslow’s功率需求度较高的标签x图1.4与目标标签距离相同的标签选择策略反向散射信号可以根据标签的功率需求矩进行优先级度量，从而定义出反向散射信号传输的初始线路。在确定反向散射信号初始线路之后，为实现多个反向散射信号的按需信号传输规划，反向散射信号将参考网络标签的功率